Mã hóa ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM)

Mã hóa ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM)

LỜI NÓI ĐẦU

Điều chế sóng mang là một vấn đề quan trọng trong việc truyền tải dữ liệu.Ngày nay, với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các dịch vụ truyền thông, phátthanh, truyền hình, đòi hỏi cần có một phương pháp điều chế phù hợp để có thểgiảm thiểu lỗi trên đường truyền, cung cấp một băng thông truyền lớn Kỹ thuật

OFDM (viết tắt của Orthogonal frequency-division multiplexing) là một trường

hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang, trong đó các sóng mang phụtrực giao với nhau, nhờ vậy phổ tín hiệu ở các sóng mang phụ cho phép chồng lấnlên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu Sự chồng lấn phổtín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ lớn hơn nhiều so với kỹthuật điều chế thông thường

Kỹ thuật điều chế OFDM do R.W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ Trongnhững thập kỷ vừa qua, nhiều công trình khoa học về kỹ thuật này đã được thựchiện ở khắp nơi trên thế giới Đặc biệt là công trình khoa học của Weistein vàEbert đã chứng minh rằng phép điều chế OFDM có thể thực hiện được thông quaphép biến đổi IDFT và phép giải điều chế OFDM có thể thực hiện được bằng phépbiến đổi DFT Phát minh này cùng với sự phát triển của kỹ thuật số làm cho kỹthuật điều chế OFDM được ứng dụng trở nên rộng rãi Thay vì sử dụng IDFTngười ta có thể sử dụng phép biến đổi nhan IFFT cho bộ điều chế OFDM, sử dụngFFT cho bộ giải điều chế OFDM

Ngày nay kỹ thuật OFDM còn kết hợp với phương pháp mã kênh sử dụng trongthông tin vô tuyến Các hệ thống này còn được gọi COFDM (code OFDM) Trong

hệ thống này tín hiệu trước khi được điều chế OFDM sẽ được mã kênh với các loại

mã khác nhau nhằm mục đích chống lại các lỗi đường truyền Do chất lượng kênh(fading và SNR) của mỗi sóng mang phụ là khác nhau, người ta điều chế tín hiệutrên mỗi sóng mang với các mức điều chế khác nhau Hệ thống này mở ra kháiniệm về hệ thống truyền dẫn sử dụng kỹ thuật OFDM với bộ điều chế tín hiệuthích ứng Kỹ thuật này đã được sử dụng trong hệ thống thông tin máy tính băngrộng HiperLAN/2 ở Châu Âu Trên thế giới hệ thống này được chuẩn hóa theo tiêuchuẩn IEEE.802.11a

Để giúp mọi người có cái nhìn tổng quát về phương pháp điều chế COFDM,nhóm chúng tôi sẽ tập trung làm rõ một số nội dung liên quan đến phương phápnày ở các phần tiếp theo

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt

OFDM Orthogonal frequency division

QPSK Quaternary phase shift keying Đánh tín hiệu dịch pha một

phần tưQAM Quadrature amplitude

modulatio

Bộ điều biến biên độ vuông góc

ISDN Integrated Service Digital Net Mạng số với dịch vụ tích hợpDMT Discrete Multi - Tone Đa âm gián đoạn

DAB Digital Audio Broadcasting Phát thanh quảng bá số

DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình quảng bá số

ADSL Asymmetric digital subscriber

Communications

Hệ thống truyền thông di động toàn cầu

TDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia thời

gianFDM Frequency division multiplex Ghép kênh chia tần số

IFFT Inverse Fast Fourrier

Transform

Biến đổi Fourrier ngược nhanh

FFT Fast Fourier transform Biến đổi Fourrier nhanh

FEC Forward error correction Sự hiệu chỉnh sửa lỗi

WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ vô tuyến

AFC Automatic frequency control Điều khiển tần số tự độngSDTV Standard Definition Television Truyền hình độ nét chuẩn

HDTV High Definition Televison Truyền hình độ nét cao

JPEG Joint Photographic Experts

Group

Nhóm liên hiệp các chuyên gia

đồ họaDCT Discrete cosine transform Biến đổi cosin rời rạc

MPEG Motion Picture Experts Group Nhóm chuyên gia hình ảnh

độngISO International Organization for

Standardization

Tổ chức quốc tế về chuẩn hóa

IEC International Electrotechnical Uỷ ban kĩ thuật điện quốc tếT-DMB Terrestrial Digital Multimedia

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

CHƯƠNG 19

 Hình 19.1: Kênh vô tuyến mặt đất

 Hình 19.2: Chuyển giao chức năng của một kênh vô tuyến với tiếp nhận đa đường, chọn lọc tần số Fading

 Hình 19.3: Can nhiễu liên ký tự / nhiễu xuyên âm liên ký tự với tiếp nhận

đa đường

 Hình 19.4: COFDM: Đa sóng mang trong kênh vô tuyến với fading

 Hình 19.5: Biến đổi Fourrier của một xung vuông góc

 Hình 19.6: Ghép kênh phân chia theo tần số mã hóa trực giao( COFDM)

 Hình 19.7: Biểu tượng COFDM

 Hình 19.8: Điều kiện trực giao trong COFDM

 Hình 19.9: Sơ đồ khối lý thuyết của một bộ điều chế COFDM

 Hình 19.10: Thực tế thực hiện của bộ điều chế COFDM bởi biến đổi

Fourrier ngược nhanh

 Hình 19.11: Biến đổi Fourrier ngược nhanh của một phổ đối xứng

 Hình 19.12: Biến đổi Fourrier ngược nhanh của một phổ bất đối xứng

 Hình 19.13: Biến đổi Fourrier ngược nhanh với tần số thay đổi

 Hình 19.14: Ghép kênh phân chia theo tần số mã hóa trực giao với 3 sóng mang

 Hình 19.15: Ghép kênh phân chia theo tần số mã hóa trực giao với 12 sóng mang

 Hình 19.16: Biểu tượng COFDM với khoảng bảo vệ

 Hình 19.17: Khoảng bảo vệ lấp đầy với sự kết thúc của biểu tượng tiếp theo

 Hình 19.18: Tạo ra các khoảng bảo vệ

 Hình 19.19: Đa đường tiếp nhận trong COFDM

 Hình 19.20: Ví dụ thực tế: hàm tự tương quan và vị trí cửa sổ FFT,

chỉ nhận được một đường dẫn tín hiệu [VIERACKER]

 Hình 19.21: Ví dụ thực tế: hàm tự tương quan và vị trí cửa sổ FFT, nhận được hai đường với suy giảm 0dB (0dB echo); tổng hợp hàm tự tương quan cho cả hai đường dẫn tín hiệu [VIERACKER]

 Hình 19.22: Tín hiệu phổ với vai trong ghép kênh phân chia tần số mã hóa trực giao của truyền hình số quảng bá mặt đất

DANH MỤC CÁC BẢNG

 Bảng 1.1: Các chuẩn phát thanh và truyền hình số quảng bá + Phương pháp

 Bảng 19.1: Các mode COFDM trong Truyền hình số quảng bá mặt đất

DVB-T

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

CHƯƠNG 19: GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ MÃ HÓA TRỰC GIAO

19.1: Tại sao sử dụng đa sóng mang?

19.2: Ghép kênh phân chia theo tần số mã hóa trực giao là gì?

19.3: Tạo các biểu tượng COFDM

19.4: Bổ sung tín hiệu trong phổ COFDM

19.5: Điều chế phân cấp

19.6: Tổng kết

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

Trong nhiều thập kỷ, truyền hình và truyền dẫn dữ liệu đã được tích hợp đồng thờitrên 1 đường truyền dẫn, tuy nhiên nó hoàn toàn độc lập với nhau Mặc dù bộtruyền hình đã được sử dụng như là một chiếc màn hình máy tính đầu tiên ở thậpniên tám mươi của thế kỷ trước ,nhưng đây là sự tương tác duy nhất giữa hai lĩnhvực Ngày nay, nó đang trở nên nhiều hơn và khó khăn hơn để phân biệt giữa haiphương tiện truyền thông của truyền hình ,và máy tính ngày càng được hội tụ đaphương tiện Hiện nay một chiếc TV đời cao có thể cho thẻ máy tính để dễ dàngtrở thành một máy truyền hình Teletext đã được giới thiệu trở lại trong thập niêntám mươi để cung cấp một đầu bổ sung thông tin kỹ thuật số trong TV analog Đốivới giới trẻ , loại thông tin này như là một phần tự nhiên của việc nghe nhìn , ví dụnhư như hướng dẫn chương trình điện tử, như thể teletext là sự khởi đầu của truyềnhình

Và bây giờ chúng ta đang sống trong thời đại của truyền hình kỹ thuật số, thực tế là

từ năm 1995, sự phân biệt giữa dữ liệu và truyền hình đã hầu như biến mất Khimột người có thể theo dõi sự phát triển xuyên suốt trong lĩnh vực này giống nhưtác giả đã tham gia rất nhiều các chuyến đi hội thảo, người ta sẽ gặp nhiều hơn cácứng dụng mà cả truyền hình và các dịch vụ dữ liệu hội tụ trong một tín hiệu, hoặcmột dịch vụ, thậm chí còn chỉ là một dữ liệu thuần túy, ví dụ như Truy cập Internetnhanh chóng thông qua các kênh được cung cấp cho truyền hình kỹ thuật số Cácyếu tố phổ biến dẫn đến sự hợp nhất này là tốc độ dữ liệu cao Thế hệ ngày nay là

“đói” thông tin và việc sử dụng sự hội tụ này là để có được số lượng lớn và đadạng các thông tin Nói chuyện với các chuyên gia viễn thông về tốc độ dữ liệu,lắng nghe trong một khoảng thời gian về tỷ lệ tốc độ của dữ liệu được sử dụng

trong truyền hình kỹ thuật số Theo đó, GSM,ví dụ như cho truy cập Internet, làmviệc với tốc độ dữ liệu 9600 bit / giây và UMTS sử dụng tối đa là 2 Mbit / giâytrong điều kiện tối ưu Truy cập điện thoại kênh ISDN cơ bản có tốc độ 64 kbit /giây Tốc độ dữ liệu của một tín hiệu truyền hình kỹ thuật số không nén với độ néttiêu chuẩn đã là 270 Mbit / giây và truyền hình độ nét cao bắt đầu đạt khoảng 1,5Gbit / s và mở rộng phạm vi thành 3 Gigabit/s Sẽ hoàn toàn hợp lý để gọi đó làcông nghệ truyền hình băng thông rộng, không chỉ từ điểm nhìn của truyền hình kỹthuật số mà ngay cả trong Truyền hình analog , nơi các kênh đã luôn luôn rấtrộng Một kênh analog hoặc kênh truyền hình số mặt đất có băng thông khoảng 6,

7 hoặc 8 MHz và phát sóng các kênh qua vệ tinh thậm chí rộng đến 36 MHz Điều

đó không đáng ngạc nhiên, nhất là khi một sự bùng nổ mới đang diễn ra, đặc biệt

là trong cáp băng thông rộng đang được sử dụng như là một phương tiện để truycập Internet tốc độ cao tại nhà trong phạm vi Mbit / giây, liên kết lên thông qua cápmodem

Nền tảng cho truyền hình tương tự đã được đặt bởi Paul Nipkow vào năm 1883khi ông phát triển đĩa Nipkow Ông có ý tưởng truyền tải một hình ảnh bằng cáchdisecting nó vào dòng Lần đầu tiên truyền hình analog thực hiện việc truyền dẫndiễn ra trong những năm ba mươi, nhưng bị kìm hãm lại bởi Chiến tranh thế giớithứ II, nên truyền hình analog không có sự khởi đầu đúng hướng của nó, mãi chođến những năm năm mươi, mới xuất hiện màu đen trắng lần đầu tiên trên truyềnhình analog Máy truyền hình màu được mua lại cuối những năm sáu mươi và từ

đó, công nghệ này đã được tinh chế cơ bản, cả trong phòng thu và ở nhà Không cóthêm thay đổi về các nguyên tắc của công nghệ Truyền hình Analog thường hoànhảo, ít nhất là trong chất lượng nếu không phải trong nội dung, đó là khó khăn đểnhiều người quan tâm đến việc mua một máy thu truyền hình kỹ thuật số

Trong thập niên tám mươi, một nỗ lực được thực hiện để khởi hành từ truyền hìnhanalog truyền thống là sử dụng D2MAC Với các lý do khác nhau, điều này đãkhông thành công và D2MAC biến mất khỏi tầm nhìn một lần nữa Tại châu Âu,

hệ thống PAL được tăng thêm cũng vậy, bằng việc giới thiệu PAL plus nhưngđiều này đã không đạt được nhiều thành công trong thị trường TV Đồng thời, cácphương pháp tiếp cận khác nhau đã được thử nghiệm, chủ yếu là ở Nhật Bản và ở

Mỹ, để đạt được thành công với việc truyền tải của HDTV, nhưng những điều nàycũng không đạt được sự phổ biến như mong đợi

Trong phòng thu, tín hiệu truyền hình kỹ thuật số đã được sử dụng từ đầu thập niên

90 như tín hiệu truyền hình kỹ thuật số không nén phù hợp với "CCIR 601".Những tín hiệu dữ liệu có tỷ lệ là 270 Mbit / giây rất phù hợp để phân phối và điềuchế trong phòng thu, và rất phổ biến hiện nay Nhưng không phải tất cả đều phùhợp cho phát thanh truyền hình và truyền tải cho người dùng cuối Các năng lựccủa kênh có sẵn thông qua cáp, mặt đất và các kênh truyền hình vệ tinh không đủcho các tín hiệu Trong trường hợp của các tín hiệu HDTV, tốc độ dữ liệu làkhoảng 1,5Gbit / giây không nén, những tín hiệu có thể không được phát sóng.Sựkiện quan trọng trong lĩnh vực truyền hình kỹ thuật số có thể được coi là việc thànhlập các tiêu chuẩn JPEG JPEG là viết tắt của Joint Photographic Experts Group,một nhóm các chuyên gia chuyên về nén khuôn hình tĩnh.Nó biến đổi cosin rời rạc(DCT) và được sử dụng lần đầu tiên để nén khung hình vào cuối thập niên támmươi Hôm nay, JPEG là một tiêu chuẩn thường được sử dụng trong lĩnh vực dữliệu và đang được được sử dụng rất thành công trong lĩnh vực nhiếp ảnh kỹ thuật

số Máy ảnh số đang có một sự bùng nổ và đang trở nên tốt hơn để phương tiệnnày thay thế nhiếp ảnh truyền thống trong nhiều lĩnh vực

DCT cũng trở thành các thuật toán cơ bản cho MPEG, ảnh Experts Group, pháttriển các tiêu chuẩn MPEG-1 năm 1993, tiêu chuẩn MPEG-2 vào năm 1995 Mục

đích của MPEG-1 là để đạt được full-motion (chuyển động toàn phần), hình ảnh ởtốc độ dữ liệu lên đến 1,44 Mbit / giây, sử dụng CD như một phương tiện dữ liệu.Mục đích cho MPEG-2 là cao hơn để trở thành tín hiệu băng cơ sở cho truyền hình

kỹ thuật số trên toàn thế giới Ban đầu, truyền hình độ nét tiêu chuẩn (SDTV) cungcấp ở định dạng MPEG-2, nhưng truyền hình độ nét cao (HDTV) cũng thực hiện

rõ ràng dự định ban đầu cho MPEG-3 Với MPEG-2, cả cấu trúc dữ liệu MPEGđược mô tả (ISO / IEC 13.818-1) , một phương pháp nén hình ảnh full-motion(ISO / IEC 13.818-2) và cho âm thanh nén (ISO / IEC 13.818-3) được xác định.Những phương pháp này hiện đang được sử dụng trên khắp thế giới MPEG-2 chophép tín hiệu truyền hình kỹ thuật số ban đầu là 270 Mbit / giây được nén đếnkhoảng 27 Mbit / giây Tốc độ dữ liệu không nén của một tín hiệu âm thanh stereokhoảng 1,5 Mbit / giây, có thể được giảm xuống còn khoảng 100 đến 400 kbit /giây, thông thường 192 kbit / s Như một kết quả tất yếu của những yếu tố này,việc nén dữ liệu có thể kết hợp một số chương trình để tạo thành một tín hiệu dữliệu mà sau đó được cung cấp, ví dụ: Kênh truyền hình tương tự 8-MHz

Vào đầu những năm chín mươi, Digital Video Broadcasting (DVB) ( truyền hìnhquảng bá số) được tạo ra như là một dự án ở châu Âu Trong quá trình phát triểncủa dự án này, một số phương thức truyền đã được phát triển: DVB-S, DVB-C vàDVB-T Các phương pháp truyền dẫn vệ tinh DVB-S đã được sử dụng từ khoảngnăm 1995, sử dụng phương pháp điều chế QPSK và với băng thông kênh khoảng

33 ÷36 MHz, tốc độ dữ liệu gộp là 38 Mbit / giây có thể truyền dẫn với truyềnhình vệ tinh Với tốc độ 6 Mbit / giây cho mỗi chương trình, có thể truyền được tới

6, 8 hoặc thậm chí 10 chương trình trong một kênh, phụ thuộc vào tốc độ dữ liệu

và nội dung và khi chương trình chủ yếu là âm thanh được phát sóng, hơn 20chương có thể truyền trong một kênh Trong trường hợp của DVB-C, truyền quacáp đồng trục, điều chế 64QAM cũng cung cấp một dữ liệu tỷ lệ là 38 Mbit / giây

tại một băng thông chỉ có 8 MHz HFC hiện hành (sợi đồng trục hybrid) cho tốc độ

dữ liệu hơn 50 Mbit / s cho mỗi kênh DVB-C, cũng đã được sử dụng từ khoảngnăm 1995 Hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T bắt đầu vào năm 1998 tạiVương quốc Anh trong chế độ 2K và bây giờ đã có trên toàn thế giới Phát sóng tínhiệu truyền hình kỹ thuật số mặt đất đang được sử dụng ngày càng nhiều, trải dài

từ Vương quốc Anh, Scandinavia và Tây Ban Nha đến tất cả các địa điểm ở Úc.DVB-T cung cấp tốc độ dữ liệu từ 5 đến 31 Mbit / giây và tốc độ dữ liệu được sửdụng bình thường ở khoảng 12 đến 22 Mbit / giây, nếu có một mạng DVB-T đượcthiết kế để tiếp nhận ăng ten mái ,hoặc khoảng 13 đến 15 Mbit / giây cho sử dụng

có thể di chuyển trong nhà Đức là nước có sự thay đổi theo khu vực, từ truyềnhình mặt đất tương tự đến DVB-T Thay đổi này được hoàn thành tại Đức vàocuối năm 2008

Tại Bắc Mỹ, các phương pháp khác được sử dụng Thay vì DVB-C, một hệ thốngtương tự là ITU-J83B được sử dụng cho truyền dẫn cáp Truyền hình mặt đất sửdụng phương pháp ATSC (ATSC là viết tắt của Uỷ ban hệ thống truyền hình tiêntiến) Tại Nhật Bản, các phương pháp truyền tải khác được sử dụng, chẳng hạn nhưITU-J83C cho truyền dẫn cáp, tương tự như DVB-C (tương ứng với ITU-J83A),

và ISDB-T tiêu chuẩn để truyền trên mặt đất Tuy nhiên, một hệ thống truyền dẫnmặt đất đang được phát triển ở Trung Quốc Các yếu tố chung cho tất cả phươngpháp này là tín hiệu baseband MPEG-2

Năm 1999, một ứng dụng khác đã được đưa ra dựa vào ánh sáng màu xanh lá cây,

cụ thể là kỹ thuật số đĩa đa năng, hay DVD DVD video cũng sử dụng một dòng dữliệu MPEG-2 và âm thanh Dolby Digital.Trong khi đó, phạm vi của truyền hình

kỹ thuật số đã được mở rộng, điện thoại di động tiếp nhận sự phát triển của cáctiêu chuẩn được xem như là DVB-H (truyền hình quảng bá số cho thiết bị cầm tay)

và T-DMB (truyền hình đa phương tiện số mặt đất), CMMB

Cuốn sách này đề cập đến tất cả các phương pháp nén và truyền tải, gồm cóMPEG, DVB, ATSC, ISDB-T và DTMB DVD video cũng được thảo luận ở một

số phạm vi Các cuộc thảo luận tập trung phân tích các đối tượng này theo nhưthực tế Mặc dù các công thức toán học được sử dụng trong hầu hết các trường hợpnhưng chỉ sử dụng để bổ sung cho các văn bản Các chấn lưu toán học sẽ được giữ

ở mức tối thiểu cho các kỹ sư lĩnh vực thực tế Ở đây không có bất kỳ ác cảm nàotác giả có thể có đối với toán học mà hoàn toàn ngược lại Trong quá trình hội thảoliên quan đến hàng ngàn người tham gia trên thế giới, hình thức thể hiện đã đượcphát triển để góp phần làm sự hiểu biết tốt hơn và dễ dàng hơn trong một số trườnghợp với các đối tượng phức tạp.Cuốn sách cũng có chương phân tích các khái niệm

cơ bản như điều chế kỹ thuật số, biến đổi trong miền tần số, một số có thể được bỏqua bởi người đọc nếu muốn.Tuy nhiên,kinh nghiệm cho thấy tốt hơn là nên đọccác chương này trước khi bắt đầu chủ đề của truyền hình kỹ thuật số thực tế Nhấnmạnh là đo lường kỹ thuật được sử dụng trên các tín hiệu truyền hình kỹ thuật sốkhác nhau.Kỹ thuật đo lường cần thiết và phù hợp sẽ được thảo luận chi tiết, các ví

dụ thực tế và gợi ý được cung cấp.

Bảng 1.1: Các tiêu chuẩn phát thanh và truyền hình quảng bá số + Phương pháp

Motion JPEG MiniDV, máy quay video kỹ thuật số

MPEG-2 Tín hiệu băng cơ sở cho truyền hình kỹ thuật số DVD

VideoMPEG-4 Mã hóa/ giải mã cho video và âm thanh nén

DVB Truyền hình quảng bá số

DVB-S Truyền hình quảng bá số qua vệ tinh

DVB-C Truyền hình quảng bá số qua cáp băng thông rộng

DVB-H Truyền hình quảng bá số cho thiết bị cầm tay, truyền hình

di động tiêu chuẩnMMDS Hệ thông phân phối dạng vi sóng đa điểm, truyền dẫn đa

điểm mặt đất của truyền hình số bổ sung cáp băng thông

rộng

ITU-T J83C Cáp tiêu chuẩn Nhật Bản

ATSC Tiêu chuẩn cho truyền hình kỹ thuật số mặt đất (Mỹ,

Canada)ISDB-T Tiêu chuẩn của Nhật Bản cho tivi kỹ thuật số mặt đất

DTMB Tiêu chuẩn của Trung Quốc cho tivi kỹ thuật số mặt đấtDAB Phát thanh quảng bá số, chuẩn cho phát thanh số mặt đấtDRM Digital Radio Mondiale, tiêu chuẩn cho phát thanh số mặt

đất T-DMB Truyền hình đa phương tiện số mặt đất; truyền hình di

độngDVB-SH DVB cho các thiết bị đầu cuối di động cầm tay, vệ tinh và

mặt đất, tiêu chuẩn hybrid cho truyền hình vệ tinh và mặt

đấtDVB-S2 DVB cho truyền hình vệ tinh thế hệ thứ hai

DVB-T2 DVB cho truyền hình mặt đất thế hệ thứ hai

DVB-C2 DVB cho truyền hình cáp thế hệ thứ hai

CMMB Truyền hình di động đa phương tiện của Trung quốc

*Lưu ý: Nhiều điều trong số các điều khoản được liệt kê trong bảng được bảo vệbởi bản quyền

Kết quả thực tế và các kinh nghiệm qua thời gian sẽ được nhắc lại trong cácchương riêng một cách chi tiết Trong một số trường hợp, nó có thể chỉ ra một kinhnghiệm khác của tác giả về hành trình của mình Đặc biệt là mở rộng những hiểubiết thực tế đã đạt được,trong hành trình từ Châu Âu đến Úc để giới thiệu vềDVB-T và được viết trong cuốn sách này Nhưng nó không phải là dự định chínhmặc dù nó sẽ rất thú vị để nói về các khu vực có địa điểm đẹp nơi mà truyền hình

kỹ thuật vừa được giới thiệu Nội dung của cuốn sách này được cấu trúc bắt đầuvới tín hiệu truyền hình băng gốc và sau đó tiếp tục với một cuộc thảo luận của cácdòng dữ liệu MPEG-2, video kỹ thuật số, âm thanh kỹ thuật số và các phương phápnén Sau một chuyến tham quan về phương pháp điều chế kỹ thuật số, tất cả cácphương thức truyền như DVB-S, DVB-C, ITUJ83ABC,DVB-T, ATSC và ISDB-T

sẽ được thảo luận chi tiết đan xen giữa các chương nói về kỹ thuật đo lường liênquan.Phương thức truyền dẫn dựa trên truyền hình quảng bá sô (DAB) cũng đượcthảo luận Cuốn sách với nội dung chuyên sâu hơn về chủ đề "phát sóng âm thanh

kỹ thuật số " (Đài phát thanh kỹ thuật số DRM Mondiale) tiêu chuẩn truyền tải âmthanh và khả năng truyền tải âm thanh kỹ thuật số DVB Kể từ khi nó không thểtách rời khỏi đối tượng của truyền hình, phát thanh truyền hình, trong bất kỳtrường hợp nào, các tiêu đề của cuốn sách đã được thay đổi “ Hướng dẫn kỹ thuậtthực tế về video số và công nghệ phát thanh truyền hình "từ ấn bản thứ hai củanó.Tuy nhiên Truyền hình vẫn còn ảnh hưởng lớn Một phần là do phát thanhtruyền hình kỹ thuật số vẫn còn có vấn đề với việc thực hiện thực tế của nó Sẽ rấtthú vị để xem xét kết quả cuối cùng của cuộc cạnh tranh giữa DAB và DVB-T2.Các phương pháp và các tiêu chuẩn liên quan đến chủ đề của truyền hình kỹ thuật

số và phát thanh kỹ thuật số " được thảo luận trong cuốn sách này được liệt kêtrong Bảng 1.1 Trong khi đó, tiêu chuẩn mới như DVB-SH, DVB-T2 DVB-C2 đã

xuất hiện cũng được mô tả ngay cả khi có ít kinh nghiệm thực tế có sẵn.Cũngkhông được quên rằng truyền hình kỹ thuật số và âm thanh kỹ thuật số có thể đượctruyền thông qua Internet và IPTV cũng đề cập đến Truyền hình độ nétchuẩn( SDTV) bây giờ là một thực tế khi nó chỉ được giới thiệu tại Anh khi ấnbản đầu tiên của cuốn sách này xuất hiện.Thực tế nó cần thiết để trở thành HDTV(truyền hình độ nét cao), và không chỉ bởi phạm vi đầy đủ của các công nghệhiện nay đã có mà còn bởi nội dung được cung cấp của các chương trình có sẵn.

CHƯƠNG 19: GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ MÃ HÓA TRỰC GIAO (COFDM)

Hầu như ngay từ khi bắt đầu việc truyền tải điện của các bản tin khoảng 100 nămtrước đây,sóng mang đơn là phương pháp đã được sử dụng cho truyền tải thông tin.Các thông báo được truyền đi rất nhanh dưới dạng hình sin bằng cách áp dụng biên

độ analog , kỹ thuật điều chế tần số hoặc pha Kể từ thập niên tám mươi, sóngmang đơn được truyền đi nhiều hơn và bằng các phương pháp kỹ thuật số trong sựđánh tín hiệu dịch tần số (FSK) và trong nhiều trường hợp là vector điều chế(QPSK, QAM) Các ứng dụng này là fax, modem, vô tuyến di động, sóng liên kết

và truyền hình vệ tinh và truyền tải dữ liệu qua cáp băng thông rộng

Tuy nhiên, đặc điểm của các đường truyền trong phương pháp truyền sóng mangđơn rất nhạy cảm với nhiễu, phức tạp hoặc không đầy đủ Kể từ thời của Marconi

và Hertz, tuy nhiên, nó là những đường truyền được sử dụng thường xuyên nhất

Hôm nay, tất cả các thế hệ của transistor radios, máy thu truyền hình và điện thoại

di động hoặc đơn giản, máy bộ đàm, tất cả đều hoạt động với một nhà cung cấpdịch vụ điều chế sóng mang mặt đất Mỗi lái xe biết được hiệu quả của việc tiếpnhận các chương trình phát thanh mà ông ta đang nghe, bỗng dưng dừng lại ở đèn

đỏ - ông là trong một 'điểm chết' Do tiếp nhận nhiều đường truyền,pha đinh xảy ra

ở tần số và vị trí chọn lọc.Trong truyền hình, truyền với tốc độ bình thường băngthông lên đến 8 MHz,được sử dụng cho các phương pháp truyền dẫn kỹ thuật sốđáng tin cậy Sử dụng một đa sóng mang là một trong những phương pháp tiếp cậnđáng tin cậy Các thông tin kỹ thuật số này không chỉ truyền thông qua một nhàcung cấp dịch vụ mà qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ phụ khác khi có nhiều lõi ở

dữ liệu

Những phương pháp này, đã được biết đến từ những năm bảy mươi:

• Ghép kênh phân chia theo tần số mã hóa trực giao (COFDM)

• Đa âm gián đoạn (DMT)

Chúng được sử dụng

• Phát thanh quảng bá số (DAB),

• Truyền hình quảng bá số mặt đất (DVB-T),

• Đường dây thuê bao không đối xứng (ADSL),

• Truyền của các tín hiệu dữ liệu thông qua các đường dây điện

Khái niệm về điều chế đa sóng mang xuất phát từ phòng thí nghiệm Bell ở Mỹ[CHANG] và ý tưởng ở Pháp trong những năm bảy mươi Trong những ngày đó,các con chip không đủ để phát triển những ý tưởng đó Mãi cho đến nhiều năm sauđó,đầu những năm chín mươi, khái niệm này đã được biến thành hiện thực và được

áp dụng lần đầu tiên trong phát thanh quảng bá số (DAB) Mặc dù,DAB có thểkhông thực sự là một thành công tuyệt đối, điều này không phải do công nghệ mà

là do không phù hợp,và về nguyên tắc là do ngành công nghiệp và chính trị Côngnghệ chính là bước phát triển đầu tiên Thậm chí ngày nay, rất khó để thuyết phụcngười tiêu dùng sử dụng sản phẩm trong lĩnh vực này hay lĩnh vực khác là tốt hơn

Nó chắc chắn là đúng đắn để đưa đến nhiều quyết định cho người tiêu dùng, nhưng

họ phải có kiến thức về những tính năng mới, các nguyên tắc cơ bản hoặc thậm chí

có thể mua các loại mới của sản phẩm.Trong trường hợp của DAB, điều này chỉ cóthể được thực hiện từ năm 2001 (máy thu DAB có sẵn) Trường hợp của mạngviễn thông ADSL ngày càng được chấp nhận và yêu cầu để truy cập Internet vì tốc

độ của nó, và trong trường hợp của DVB-T đang lan rộng tại các quốc gia nơi mà

nó được thúc đẩy và coi như là một công nghệ thích hợp Nếu được áp dụng mộtcách chính xác,DAB và DVB-T sẽ đóng góp tốt để bảo toàn năng lượng và tần sốtrong khi tại cùng một thời gian cung cấp hiệu suất tốt hơn

Hình 19.1 Các kênh vô tuyến mặt đất

19,1 Tại sao lại sử dụng đa sóng mang?

Phương pháp đa sóng mang là một phương pháp truyền phức tạp nhất trong tất cảcác phương pháp, và không có điểm nào thua kém so với phương pháp mã hóaphân chia theo thời gian Nhưng tại sao nó lại phức tạp? Lý do rất đơn giản:phương tiện truyền tải gặp nhiều khó khăn (Hình 19,1) để đối phó với

Môi trường truyền dẫn mặt đất liên quan đến:

• đường truyền dẫn mặt đất,

• khó khăn liên quan đến điều kiện đường truyền

Các đường dẫn truyền trên mặt đất có những đặc điểm tính năng:

• Tiếp nhận đa đường thông qua đường dẫn âm phản xạ gây ra bởi sự phản xạ

từ các tòa nhà, núi, cây cối, xe cộ;

• Nhiễu Gaussian trắng cộng (AWGN);

• Băng hẹp hoặc băng rộng gây ra bởi các nguồn vô tuyến điện khác nhau;

• Hiệu ứng Doppler, tức là tần số thay đổi trong điện thoại di động tiếp nhận

Tiếp nhận đa đường dẫn đến hiện tượng chọn lọc tần số bị sai(Hình 19,2), một hiệuứng được gọi là "hiệu ứng đèn đỏ" trong vô tuyến xe hơi.Chiếc xe dừng lại ở đèn

đỏ và tiếp nhận vô tuyến không còn Nếu một người chọn một trạm khác hoặc dichuyển xe nhẹ về phía trước, tiếp nhận sẽ phục hồi Nếu thông tin được truyền bởisóng mang rời rạc thì ở một tần số đặc biệt, âm phản xạ sẽ gây hủy nhận tín hiệutại các địa điểm cụ thể ở tần số này Hiệu ứng này là một hàm của tần số, cường độ

và độ trễ của âm phản xa

Hình 19.2 Chuyển giao chức năng của một kênh vô tuyến với tiếp nhận đa đường,

chọn lọc tần số Fading

Nếu tỷ lệ dữ liệu cao của các tín hiệu kỹ thuật số được truyền qua vector điềuchế sóng mang (điều chế I / Q), nó sẽ phát triển một băng thông với tỷ lệ tươngứng

Băng thông có sẵn thường được chỉ định Tỷ lệ băng thông được duy trì từ cácloại điều chế và tốc độ dữ liệu Tuy nhiên, phương pháp đơn sóng mang có một tỷ

lệ biểu diễn tương đối cao, thường là từ 1 MS / s lên đến 30 MS / s Điều này dẫnđến thời gian biểu diễn rất ngắn khoảng 1 μs và ngắn hơn (nghịch đảo của tỷ lệs và ngắn hơn (nghịch đảo của tỷ lệbiểu tượng) Tuy nhiên, độ trễ của âm phản xạ có thể dễ dàng biểu diễn được trongphạm vi lên đến 50 μs và ngắn hơn (nghịch đảo của tỷ lệs hoặc nhiều hơn trong truyền dẫn mặt đất Âm phản xạ sẽdẫn đến can nhiễu liên kí tự giữa các biểu tượng liền kề hoặc các biểu tượng cách

xa nhau Một thủ thuật rõ ràng là tạo ra biểu tượng thời gian dài nhất có thể đểgiảm can nhiễu và sự tạm dừng được chèn vào giữa các biểu tượng, gọi là khoảngbảo vệ

Hình 19.3: Can nhiễu liên ký tự / nhiễu xuyên âm liên ký tự với tiếp nhận đa

đường

Hình 19.4: COFDM: Đa sóng mang trong kênh vô tuyến với fading

Tuy nhiên, vẫn còn có các vấn đề về vị trí và chọn lọc tần số hiện tượng fading.Nếu sau đó thông tin không được truyền thông qua một nhà cung cấp dịch vụ duynhất nhưng được phân phối trên nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác và một lỗi bảo

vệ tổng thể tương ứng được xây dựng, băng thông kênh có sẵn còn lại không đổi,

các nhà cung cấp cá nhân hoặc nhà cung cấp dịch vụ bị ảnh hưởng bởi fading,nhưng không phải tất cả trong số họ.

Vào cuối bên nhận, các thông tin lỗi có thể được phục hồi từ các sóng mang không

bị ảnh hưởng để có thể tái tạo lại dòng dữ liệu bằng các phương tiện bảo vệ lỗi.Tuy nhiên, hàng ngàn sóng mang phụ được sử dụng thay vì một sóng mang, tỷ lệbiểu tượng giảm bởi các yếu tố của số lượng sóng mang phụ và các biểu tượngtương ứng kéo dài vài nghìn lần trên 1ms Các vấn đề về fading được giải quyết, vàcùng một lúc,cũng giải quyết các vấn đề can nhiễu liên kí tự do biểu tượng dài hơn

và khoảng dừng phù hợp giữa chúng

Một phương pháp đa sóng mang được tạo ra và được gọi là ghép kênh phân chiatheo tần số mã hóa trực giao (COFDM) Nó cần thiết để thấy rằng các sóng manglân cận không can thiệp đến nhau, tức là trực giao với nhau

19.2 COFDM là gì?

Ghép kênh phân chia tần số trực giao là một phương pháp đa sóng mang với hàngngàn sóng mang phụ, trong đó không có sự can thiệp giữa các sóng mang vì trựcgiao với nhau Các thông tin được truyền tải được phân phối xen kẽ qua nhiều sóngmang, có thêm bảo vệ lỗi thích hợp, kết quả là ghép kênh phân chia theo tần số mãhóa trực giao (COFDM) Mỗi sóng mang con là vector điều chế, tức là QPSK,16QAM và thường lên đến 64QAM điều chế

COFDM là một hỗn hợp của trực giao (vuông góc với nhau hoặc nói cách khác,không can thiệp lẫn nhau) và phân chia tần số (phân chia thông tin thành sóngmang phụ trong miền tần số)

Trong một kênh truyền dẫn, thông tin có thể được truyền liên tục hoặc truyền trongcác khe thời gian Sau đó có thể truyền dẫn các thông điệp khác nhau trong khethời gian khác nhau, ví dụ như luồng dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau.Khe thời